工程材料力学性能5

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第六章蠕变(creep),航空发动机正朝着推力大、耗油量低、推重比高和使用寿命长的方向发展，如美国综合高性能涡轮发动机技术计划指出：二十一世纪要发展推重比为20，巡航高度为21000m，Ma值为34，载弹1吨，耗油率降低50%，涡轮进口温度将达到20002200。为了达到上述要求，主要是通过提高压气机增压比和涡轮前的进口温度以及其他设计方面采取的措施来实现的。所以，很明显材料的高温力学性能是制约发动机发展的重要因素之一。,9/23/2024,1,工程材料力学性能,9/23/2024,2,工程材料力学性能,蠕变材料在高温和恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形。,高温是指材料工作温度达到0.40.5Tm，Tm为熔点温度,在高温下长时间服役，金属的微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，室温下具有优良力学性能的材料，不一定在高温下仍具有优良的性能，因此，需要研究高温性能。,9/23/2024,3,工程材料力学性能,9/23/2024,4,工程材料力学性能,第一节蠕变和持久强度,一、蠕变现象和蠕变曲线,蠕变材料在高温和恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形。,常温强度只是应变的函数。,高温强度是应变和时间的函数。,不同材料出现蠕变的温度不同。一般在,0.40.5Tm,或更高温度出现蠕变现象。,9/23/2024,5,工程材料力学性能,蠕变曲线在一定温度和应力作用下，应变与时间的关系曲线。,典型蠕变曲线分为三个阶段：减速蠕变、恒速蠕变和加速蠕变。,9/23/2024,6,工程材料力学性能,9/23/2024,7,工程材料力学性能,描述蠕变的经验关系：,求导得：,n一般小于1，t很小时，第1项起决定性作用，随温度增大，蠕变速率降低；t很大时，第2项起决定性作用，蠕变速率恒定。,9/23/2024,8,工程材料力学性能,二、蠕变极限和持久强度,表征蠕变现象需用一些材料性能指标，如蠕变极限、持久强度和塑性,蠕变极限是高温长时载荷下材料对变形的抗力指标。,有两种表示方法：,1、给定温度下，产生规定蠕变速率的应力值，,2、给定温度下，规定时间内使试样产生一定蠕变应变量的应力值，,9/23/2024,9,工程材料力学性能,9/23/2024,10,工程材料力学性能,蠕变极限是以蠕变变形来规定的，它适用于高温运行中要严格控制变形的零件，如涡轮叶片。对于某些高温下工作的零件，蠕变变形很小或是对变形量要求不严格，例如，锅炉、管道等构件，只要求零件在使用期内不发生断裂，这时要用持久强度来评价，在高温长时间工作，材料可能有脆化倾向，这时要求测定持久塑性。,9/23/2024,11,工程材料力学性能,持久强度是材料在一定温度下和规定时间内，不发生蠕变断裂的最大应力，记作,持久强度与断裂寿命关系：,持久塑性用持久断裂后的延伸率和断面收缩率来表示，它反映材料在高温长时间作用下的塑性性能，是衡量材料蠕变脆性的一个重要指标，如锅炉中的导管、汽轮机中螺栓易发生脆断。,9/23/2024,12,工程材料力学性能,第二节蠕变变形和断裂机理,蠕变变形前，总伴有一定的瞬时塑性变形。这种变形是切应力作用的结果，随时间而产生的蠕变变形则来自一定温度和应力的共同作用。所以它与原子热运动有关，它有两方面的作用：协助受阻位错克服障碍重新运动；在应力协助下，原子直接大量地定向扩散。,9/23/2024,13,工程材料力学性能,一、蠕变变形,用相对蠕变温度T/T,熔,来划分蠕变变形：,1、低温蠕变,T/T,熔,0.5发生以大量原子定向流动为机制的扩散蠕变，空位从拉应力区到压应力区，点阵原子反向移动。,9/23/2024,14,工程材料力学性能,9/23/2024,15,工程材料力学性能,9/23/2024,16,工程材料力学性能,二、蠕变断裂机理,1、晶界滑动机制,中等蠕变温度和较高应力水平。,2、空位聚集机制,较高温度和较低应力水平。,9/23/2024,17,工程材料力学性能,9/23/2024,18,工程材料力学性能,9/23/2024,19,工程材料力学性能,9/23/2024,20,工程材料力学性能,三、影响蠕变极限和持久强度的因素,提高蠕变抗力关键在于：,1、使受阻位错不易由交滑移和攀移而松弛；,2、强化晶界。,1、合金化和晶体结构,面心材料高温强度体心材料，金刚石型结构最高。,2、晶粒度和晶界结构,9/23/2024,21,工程材料力学性能,